2006号台风“米克拉”近海急剧增强诊断分析

荀爱萍 ，吕巧谊，黄昕 ，陈德花 ，郑辉

(1.厦门市气象局/厦门市海峡气象开放重点实验室，福建 厦门 361012；2.厦门市气象台，福建 厦门 361012)

1 引 言

福建地处华东沿海，是我国受台风影响最为严重的地区之一，阎俊岳[1]统计发现台风移到中国近海，强度急剧增强的个例达到16%左右。南海台风是指集中发生在中国南海中部偏东的海面上（90～120 °E，12～20 °N）的台风，其发生发展迅速，生命史相对较短，强度和路径不确定性较大，尤其是在登陆前短时间内急剧增强的台风，预报难度极大，预报时间提前量和可预报性非常有限，给台风的防灾减灾带来了极大的困难。因此研究台风在近海急剧增强的特征与机理具有重要的意义。

国内很多相关学者研究发现大气环境场（辐合辐散、海表温度、风切变、西南季风等）以及台风内核对台风强度的变化有至关重要的作用[2-6]，白莉娜等[7]对比全风速垂直切变和纬向风速垂直切变对台风强度变化的影响，发现全风速切变的作用更加显著。王伟等[8]通过统计和合成方法分析，在东风切变环境下的台风急剧增强个例达到近70%。Harnos 等[9]发现强烈对流事件对台风急剧增强也有显著影响。Kaplan 等[10]研究发现大西洋的台风强度变化与高层辐散和垂直切变的相关性最高，而北太平洋的台风与台风内核对流的对称性相关性最高。Alvey 等[11]研究发现急剧增强的台风在急剧增强开始前具有更对称的降水分布，并且降水的总面积覆盖范围更大。

另外大量的专家学者也对不同的急剧增强的台风个例进行了单独的分析，梁建茵等[12]发现近海加强的台风“黄蜂”登陆前的阶段，有小股干冷空气影响了台风内部热力结构，导致台风位势不稳定加强，从而有利于台风的强烈发展。于玉斌等[13-14]通过研究发现超强台风“桑美”近海强度突增具有前兆性，垂直风切变以及低层动能变化的响应时间约为18 h。高拴柱等[15]诊断发现强烈的高层辐散、低层辐合、丰富的中低层水汽输入、弱的垂直风切变等条件有利于1010号台风“莫兰蒂”的强度在近海实现突增。同时薛霖等[16]通过数值模拟实验发现中国台湾地形是1010 号台风“莫兰蒂”迅速加强的一个重要影响因子。Susca-Lopata等[17]发现台风内核区的降雨率和降雨区面积是导致台风“厄尔”急剧增强的条件之一。

2020 年第6 号台风“米克拉”（2006）在南海生成，且在近海强度急剧增强，8 月11 日07 时30 分在福建省漳浦县沿海登陆，登陆时中心附近最大风力12级(33 m/s)、中心最低气压980 hPa，给福建南部地区造成了严重的灾害。据福建省应急管理厅统计，受其影响，厦门、泉州、漳州3市共5.9万人受灾，倒塌房屋18间，紧急转移4.4万人，农作物受灾14.5千公顷，造成直接经济总损失12.1亿元。

2 资料与方法

2.1 资 料

本文所使用的数据包括ERA-5 再分析资料（水平分辨率为0.25 °×0.25 °，垂直方向为1 000 hPa、975 hPa、950 hPa、925 hPa、900 hPa、875 hPa、850 hPa、825 hPa、800 hPa、775 hPa、750 hPa、700 hPa、650 hPa、600 hPa、550 hPa、500 hPa、450 hPa、400 hPa、350 hPa、300 hPa、250 hPa、200 hPa、150 hPa、100 hPa 共24 层，时间分辨率为1 h），其中有高度场、风场、温度场、相对湿度场、散度场、涡度场、垂直速度场、海平面温度场等；日本葵花8号卫星逐小时16 种不同波段的黑体亮温（Black Body Temperature，TBB）资料以及中国气象局上海台风研究所的台风最佳路径集资料。

2.2 方 法

强度突变定义：P（I）代表I时的台风中心海平面最低气压，V（I）代表I时的台风近中心地面最大风速,I与I+1 时刻间隔6 h。台风强度变化用每一时次的6 h 变压（ΔP6）或12 h 风速变化（ΔV12）表示，I+1 时刻台风强度变化为ΔP6（I+1）=P（I+1）-P（I）或ΔV12（I+1）=V（I+2）-V（I），如台风14 时强度变化可以表示为ΔP6（14 时）=P（14 时）-P（08 时）或ΔV12（14 时）=V（20 时）-V（08 时）。根据于玉斌等[18]定义的台风强度急剧增强的标准，当ΔP6＜-7.78 hPa 或ΔV12＞7.909 m/s，某一时刻两者有其一达到标准则定义该时刻为台风急剧增强时刻。

3 台风“米克拉”概况

图1 给出了2020 年第6 号台风“米克拉”的路径图，“米克拉”于8 月9 日08 时（除标明外为北京时，下同）在南海生成，生成后稳定向偏北方向移动，移速较快，强度逐渐加强，10 日08 时加强为热带风暴，20 时加强为强热带风暴，11 日05 时进一步加强为台风级。07 时30 分“米克拉”在福建省漳浦县沿海登陆，登陆时台风强度保持台风级。登陆后继续向西北方向移动，强度迅速减弱，14时在福建省连城县境内减弱为热带低压，17 时停止编号。由表1可知，8月10日20时、11日02时以及08 时是“米克拉”急剧增强时刻，故本文利用10 日14 时以及11 日08 时作为“米克拉”急剧增强前后的对比时刻，来研究“米克拉”在急剧增强前后的环境场特征以及结构特征变化。

表1 台风“米克拉”基本情况

图1 台风“米克拉”移动路径

4 环境场特征分析

4.1 偏暖的南海东部海面

海表的热力状况对台风的形成与加强有重要作用，台风发生、发展的根本条件之一是要有足够大的海面或洋面，同时海温必须在26～27 ℃以上，它决定水汽的来源和热力不稳定度的维持[19]。Chan 等[20]通过数值模拟证实27 ℃的海表温度是台风强度减弱的阈值，台风在海表温度处于27～30 ℃之间时其增强的速度最快。本文利用ERA-5高分辨率逐时海温资料对“米克拉”移动路径附近（10 °×10 °）的海表温度进行分析，图2 给出了海平面气温（Sea Surface Temperature，SST）及其距平（Sea Surface Temperature Anomaly，SSTA）的时间演变，在“米克拉”发展初期，纬度较低，海温基本在30 ℃以上，较常年偏暖0.8～1.0 ℃，台风增强的速率较慢，而在“米克拉”发展中后期，台风逐渐向福建近海靠近，海面温度有所下降，处于29～30 ℃之间，海温相对常年偏暖的幅度也有所下降，偏暖0.6～0.7 ℃，台风增强速率明显加强，这与前人的研究结论一致。以上分析表明，南海东部比常年偏暖的高海温有利于“米克拉”的近海快速增强。

图2 台风“米克拉”移动过程中区域平均（10 °×10 °）海平面气温值（a，单位：℃）和海平面气温距平值（b，单位：℃）的时间演变图 黑色虚线区间代表“米克拉”急剧增强时段，0908代表9日08时，以此类推，下同。

4.2 增强的南亚高压与副热带高压

覃丽等[21]通过对台风“天鸽”研究发现，“天鸽”在近海强度的变化与南亚高压、副热带高压的强度变化有正相关关系。本文用1 260 dagpm 和588 dagpm 等高线的包围区域分别代表南亚高压和副热带高压的强度。图3 是10 日14 时、11 日08时的200 hPa 和500 hPa 高度场，从图3a、3b 可见，在“米克拉”急剧增强之前，200 hPa 闽浙沿海地区存在一个明显的小高压，高压强度1 256 dagpm，南亚高压1 260 dagpm线东脊点位于102 °E左右。“米克拉”急剧增强之后，11 日08 时闽浙沿海地区的小高压减弱消失，南亚高压加强并明显东移，1 260 dagpm 线东脊点移到110 °E 附近，“米克拉”位于南亚高压脊线东南侧，高层出流增强。从图3c、3d可见，10日14时500 hPa在115 °E附近存在高空槽，副高呈带状分布，脊线位于20 °N附近，到11 日08 时高空槽东移并逐渐拉平，副高加强西伸，副高北侧588 线明显西伸北抬，592 线西脊点由127 °E 西伸到122 °E，“米克拉”位于588 线西南侧。总体来说，南亚高压加强东移，副高加强西伸，中高层辐散增强，其“抽吸作用”有利于低层辐合，从而有利于台风增强。

4.3 有利的低层大气垂直风切变

风速垂直切变（Vertical Wind Shear，VWS）对台风发展的影响很大，本文利用ERA-5 再分析资料计算不同层次间的VWS，以此研究其对“米克拉”台风增强的影响。具体做法为：以台风位置为中心点选取10 °×10 ° 区域，计算“米克拉”强度变化过程中垂直风切变的区域平均值，用200 hPa与850 hPa 之间的垂直风切代表深层大气VWS，200 hPa 与500 hPa 之间的垂直风切代表高层大气VWS，500 hPa 与850 hPa 之间的垂直风切代表低层大气VWS。

白莉娜等[7]研究发现深层大气VWS 低于8 m/s时有利于台风增强，且这种增强作用有一定的时间滞后。高拴柱等[15]诊断发现在“莫兰蒂”快速增强过程中，其深层、高层大气VWS 基本都在5 m/s 左右，低层大气VWS 最小能达到2 m/s 以下。图4给出“米克拉”的分析结果，其深层与高层大气VWS 演变趋势保持一致，发展前期，深层与高层大气VWS 值先略有下降，方向以偏东为主，从10 日02 时开始，VWS 值不断增大，基本都保持在8 m/s 以上，VWS 方向偏北分量增大，以东北方向为主。这表明深层与高层大气VWS 对于“米克拉”的增强没有起到有利的作用。Wang 等[22]统计分析发现在台风活跃季节，对比深层切变，低层切变与台风强度变化的负相关更加显著。故本文进一步探讨低层大气VWS 对“米克拉”增强的作用，在“米克拉”发展过程中，低层大气VWS 值不断减小，到10日17时达到1 m/s以下，急剧增强阶段略有增大，但基本保持在4 m/s 以下。10 日14 时之前低层大气VWS 方向偏南分量逐渐增大，以东南方向为主，之后偏北分量突增，由东南方向转变为东北方向。

图4 台风“米克拉”深层（200～850 hPa）、高层（200～500 hPa）、低层（500～850 hPa）大气区域平均（10 °×10 °）VWS大小（a，单位：m/s）和方向（b，单位：°，0 °代表指向正北）的时间演变图

由上述分析可知，不同于许多其他台风深层大气VWS 是其增强的有利因子[13，15，21]，持续较小的低层大气VWS 对“米克拉”增强的作用更加显著。

4.4 加强的偏南-西南急流

图5 给出了“米克拉”急剧增强前后850 hPa风场与水汽通量场分布，在急剧增强前，台风西南侧海面以偏西风为主，低层大气风切方向为东南方向，水汽通量大值区主要位于台风中心逆风切方向左侧，强度达到28 kg/(m·hPa·s)；台风急剧增强之后，风切方向转变为东北方向，水汽通量明显增强，大值区由逆风切左侧扩展到整个逆风切方向，达到40 kg/(m·hPa·s)以上，偏南-西南急流明显加强，台风中心附近风速达到36 m/s 以上,源源不断向台风输送水汽，使台风的水汽和低层潜热能不断增加，从而使台风暖心不断发展。将“米克拉”在急剧增强前后的相当位温场以及流场沿着低层大气VWS 方向做剖面，10 日14 时，“米克拉”上升运动在中低层发展较强，台风的出流层在300～400 hPa 之间，相当位温达到352 K 左右，台风中高层的暖心结构明显，且存在明显的不对称特征，在台风中心逆风切方向存在发展高度在700 hPa 的反环流，阻止了台风东南侧方向的对流发展。11 日08 时，台风发展明显加强，上升运动显著增大，台风的出流层明显升高，达到250～200 hPa，台风中心逆风切方向的反环流消失，台风的暖心结构明显加强，出流层的相当位温达到360 K 以上，且相对于急剧增强之前，暖心结构变得更加对称。

图5 8月10日14时850 hPa水汽通量（阴影，kg/(m·hPa·s)），风矢量（m/s）（a）；8月10日14时沿（a）中红线AB的相当位温（阴影，K），风矢量（m/s）的垂直剖面（b）；（c）同（a），但为8月11日08时；（d）同（b），但为8月11日08时沿（c）中红线CD的垂直剖面 红色实线BA、DC为风切变方向，黑色圆点代表当前时刻台风中心位置。

5 “米克拉”结构特征分析

5.1 涡度、散度与垂直速度的加强特征

涡度是反映台风强度变化的重要指标，图6a、6b给出了“米克拉”增强前后过台风中心的涡度纬向剖面图，在台风急剧增强之前，涡度柱的中心值为5×10-4s-1，最大正涡度中心位于对流层中高层400～500 hPa，台风急剧增强之后，最大正涡度中心向对流层中低层扩展，位于700 hPa 左右，达到8×10-4s-1。从散度（图6c、6d）以及垂直速度（图6e、6f）的纬向剖面来看，“米克拉”急剧增强之前，高层的辐散强度以及低层的辐合强度均较小，台风内部上升运动最强烈的层结位于300～400 hPa，最大值达到-2 Pa/s。“米克拉”急剧增强之后，辐散层、辐合层以及上升运动大值区明显向对流层中低层扩展，与涡度场一致。辐散中心位于400～500 hPa，最大达到3×10-4s-1，辐合中心达到-3×10-4s-1，位于900～1000 hPa，上升运动增强，最强的层结位于700～800 hPa，达到-6 Pa/s。低层的气旋性涡度和水平散度的辐合有利于形成上升气流和向上输送水汽，凝结潜热的释放可使云团内的空气增暖，形成台风的暖心结构。

图6 8月10日14时（a）和11日08时（b）过台风中心涡度纬向剖面图（单位：10-5 s-1）；8月10日14时（c）和11日08时（d）过台风中心散度纬向剖面图（单位：10-5 s-1）；8月10日14时（e）和11日08时（f）过台风中心垂直速度纬向剖面图（单位：Pa/s） 黑色台风图标代表当前时刻台风中心位置。

5.2 对流层低层动能增强

动能在总比能中占的比例较小，但在台风天气中的表现最有特点，对台风的维持和发展具有重要的意义[23]，于玉斌等[13]等分析发现在“桑美”台风急剧增强过程中，对流层高层动能的下传是对流层低层动能补充的途径之一。

图7a 是“米克拉”中心附近4 °×4 °区域的动能平均值，“米克拉”急剧增强之前，中高层动能不断增大，10 日08—14 时500～400 hPa 存在动能的大值区，动能达到120 m2/s2。对流层低层辐合较弱（图6c），600 hPa 以下动能变化不大，且维持较小，基本在80 m2/s2以下。而随着“米克拉”急剧增强，对流层低层辐合、中高层辐散明显加强（图6d），高层出流将一部分动能输送给四周的大气，对流层中高层动能减小，基本在60～80 m2/s2，对流层低层动能不断增大，在11 日05—11 时低层动能达到最大，达到140 m2/s2左右。

图7 “米克拉”区域平均(4 °×4 °)动能演变图（单位：m2/s2） a.高度-时间剖面；b.400 hPa以及850 hPa动能演变。

为进一步揭示台风“米克拉”强度增强过程中对流层中高层动能与低层动能的演变规律，本文用400 hPa 代表对流层中高层，850 hPa 代表对流层低层，在400 hPa 高度图上（图7b），“米克拉”生成之后，动能不断增加，到10 日14 时达到最大140 m2/s2左右，10 日14—20 时400 hPa 动能急剧减小，下降幅度达到50 m2/s2，台风急剧增强阶段，400 hPa 动能缓慢下降。而850 hPa 高度上，10 日20时前动能有所波动，但总体变化不大，台风急剧增 强 阶 段，850 hPa 动 能 逐 步 增 加，11 日08 时850 hPa动能达到最大，达到150 m2/s2。

这说明“米克拉”的发展增强主要体现在对流层低层动能的不断增强，在增强过程中，对流层低层存在其他能量的补充，使得动能不断增加。对流层中高层动能在“米克拉”急剧增强前的减小，可能与台风增强的高空出流相关。根据于玉斌等[13]的研究结论，台风“米克拉”对流层中高层动能的减少可能也与部分动能下传到对流层低层有关。

5.3 台风深对流云系发展

图8 是“米克拉”从生成到急剧增强阶段的葵花8 号卫星红外通道TBB 分布图，台风在生成初期，结构比较松散，呈现明显的不对称现象，旺盛的对流云团离台风中心较远，主要分布在台风的西南侧。10 日08 时台风低压云型和强度存在较强的南北不对称性，云系的对流强度整体较弱，TBB在210 K左右。10日20时台风深对流云系明显发展加强，从台风西南侧扩展到东南侧，TBB 下降到190 K以下，台风北侧对流较弱。11日08时，TBB＜208 K 的深对流云系面积迅速增大，台风北侧分裂出的云团快速减弱消亡，南侧云团出现爆发式对流性发展，台风中心呈现近圆形，结构变得更加紧实集中。

图8 8月9日20时（a）、10日08时（b）、10日20时（c）、11日08时（d）葵花8号卫星红外通道TBB分布（单位：K）绿色台风标志代表当前时刻台风所在位置。

Wu 等[24]统计研究1982—2017 年全球台风日变化，发现台风快速增强的时刻多出现在当地时间的03—09 时，这种快速增强与TBB＜208 K 的深对流云系的覆盖面积联系紧密。“米克拉”的快速增强时段为10 日20 时—11 日08 时，图9a 给出了10 日08 时—11 日14 时“米克拉”中心附近2 °×2 °区域的对流云系中TBB＜208 K 的网格数的时间演变，可以发现，TBB＜208 K的深对流云系覆盖面积不断增大，在“米克拉”急剧增强前12 h，这种增长较为平缓，而在台风开始急剧增强时（10 日20时起），增长幅度明显加强，到11 日08 时达到最大，面积为10日08时的近3倍。台风登陆之后，强度迅速减弱，云系面积也迅速减小。

图9 葵花8号卫星“米克拉”中心附近2 °×2 °区域的对流云系中TBB＜208 K的网格数的时间演变（a）和对流云团BTD箱线图的时间演变（b,单位：℃，黑色实线代表平均值）

卫星观测与辐射传输分析表明，对流云团红外水汽波段（Water Vapor，WV）与红外窗区波段（Infrared Window，IRW）的 亮 温 差（Brightness Temperature Difference，BTD）具有显著特征，利用对流云团BTD 红外亮温特征可以识别对流云团，而且可以进一步对对流云团的强度进行量化。BTD 表示为：BTD=BT(WV)-BT(IRW)，BTD 依赖于红外水汽与窗区光谱响应及其定标差异，对于日本葵花8 号卫星，使用波段08 以及14 作为WV和IRW 波段。密实云顶BTD 趋近于0，对流云团发展越强烈，云团顶部越密实，在强对流云团顶部，由于冲顶水汽作用，BTD逆转为正值[25]。

图9b给出了10日08时—11日14时“米克拉”中心附近2 °×2 °区域的对流云团BTD 箱线图的时间演变，在“米克拉”急剧增强前（10 日08—20时），BTD 区域平均值波动增大，区域中BTD 值离散度较大，上四分位数不断增大，从0 ℃增加到2 ℃，下四分位数基本在-10～-20 ℃，这说明，此时台风强度的增强主要体现在小范围的深对流云系对流强度的增强，覆盖面积变化不大，还不够有组织化。而到了“米克拉”急剧增强阶段，BTD 区域平均值明显增大，区域中BTD 值离散度不断减小，上四分位数基本保持在2 ℃，下四分位数不断增大，从-13 ℃增大到0 ℃，这说明，此时台风急剧增强并不是体现在深对流云系对流强度的进一步增强，而是由于深对流云系不断被组织起来，覆盖面积不断增大，而这也与前面的分析一致。

6 结论和讨论

2020 年第6 号台风“米克拉”生命史短，发展迅速，在中国台湾海峡南部海面经历了急剧增强过程，登陆前加强为台风级别，通过对其强度变化的对比分析，主要结论如下。

（1）南海东部海面温度位于29～30 ℃之间，比常年偏暖，为台风“米克拉”生成并急剧增强提供了十分有利的下垫面条件。200 hPa 加强东移的南亚高压、500 hPa 加强西伸的副高、低层明显加强的偏南-西南急流是“米克拉”急剧增强的主要影响系统。相对比深层和高层大气，持续低于4 m/s 的低层大气VWS 是“米克拉”急剧增强的重要因子。

（2）“米克拉”的增强主要体现在对流层低层动能的不断增强，在其增强过程中，其最大正涡度中心、辐散层、辐合层以及上升运动大值区明显向对流层中低层扩展，且中低层的气旋性涡度、低层辐合强度、中高层辐散强度以及上升运动均明显加强。对流层中高层动能在台风急剧增强前的减小可能与台风增强的高空出流相关，对提前预测“米克拉”的增强有一定的指示意义。

（3）“米克拉”台风TBB＜208 K的深对流云系面积、对流云团BTD 值与台风强度呈现正相关关系。在“米克拉”急剧增强前，台风强度的增强主要体现在小范围的深对流云系对流强度的增强，深对流云系覆盖面积变化不大；在急剧增强阶段，主要体现在深对流云系组织的更加紧实集中，覆盖面积明显增大。

本文针对台风“米克拉”近海加强的特征进行诊断分析，仅从海温、影响系统、垂直风切变、动能、深对流云系等方面进行了初步探讨，希望可以对日后近海加强的南海台风的预报提供一定的参考。另外对于其强度变化更深层次的原因，接下去还有赖于利用高分辨率数值模式来进行进一步的研究和探讨。